Маршрутизатор (router) – это устройство сетевого уровня эталонной модели OSI, использующее одну или более метрик для определения оптимального пути передачи сетевого трафика на основе информации сетевого уровня.
Маршрутизатор выбирает наилучший путь, т.е. путь с наименьшей метрикой. То, какой путь лучше определяется количественными показателями (метриками). В метрике может учитываться несколько показателей, например, длина пути, время прохождения и др.
Маршрутизатор делит физическую среду передачи данных на части более эффективно, чем мост или коммутатор. Он может пересылать пакеты на конкретный адрес, выбирать лучший путь для прохождения пакета и многое другое. Чем сложнее и больше сеть, тем больше выгода от использования маршрутизаторов.
Маршрутизатор состоит:
- из сетевых адаптеров, зависящих от протоколов и определяющих правила взаимодействия с локальными и глобальными сетями (интерфейсные модули)
- из управляющего процессора, определяющего маршрут и обновляющего информацию о топологии
- из основной магистрали
После поступления пакета на интерфейсный модуль анализируется адрес назначения. Сетевой адаптер принимает команды управляющего процессора для определения выходного порта. Затем пакет по основной магистрали передается в интерфейсный модуль, служащий для связи с адресуемым сегментом локальной или глобальной сети.
Маршрутизаторы делятся на:
1) Устройства верхнего класса – для объединения сетей предприятия. Данные устройства обладают высокой производительностью
2) Устройства среднего класса – для менее крупных сетевых объединений масштаба предприятия.
3) Устройства нижнего класса –они связывают небольшие офисы с сетью предприятия.
Маршрутизация – два элемента:
- как собрать информацию о маршрутах (о топологии и задержках сети)
- алгоритм выбора маршрута
1) Сбор информации о других маршрутизаторах и хостах в сети. Для этого маршрутизатор в целях определения маршрута использует тот или иной протокол маршрутизации.
2) Сохранение полученной информации о маршрутах в таблице маршрутизации
3) Выбор наилучшего маршрута для каждого конкретного пакета при этом осуществляется передача пакета с входного интерфейса на соответствующий выходной интерфейс.
Маршрутизатор содержит таблицу маршрутизации, которая составляется двумя способами:
статическая маршрутизация – записи вводятся/изменяются вручную; это требует вмешательства администратора каждый раз, когда происходит изменение в топологии сети
динамическая маршрутизация – записи в таблице обновляются автоматически (программно) при помощи одного или нескольких протоколов маршрутизации.
Недостатки маршрутизатора по сравнению с коммутатором:
1) Маршрутизаторы в расчёте на порт стоят гораздо дороже коммутаторов
2) Меньшая совокупная пропускная способность
3) Коммутаторы требуют гораздо меньших усилий по администрированию
4) Параметры каждого маршрутизатора должны быть согласованы с параметрами других маршрутизаторов в сети
Достоинства маршрутизатора по сравнению с коммутатором:
1) Маршрутизаторы выполняют многие функции, с которыми коммутаторы не в состоянии справится, т.к. они функционируют на другом уровне (например, маршрутизаторы могут решить проблему связи сетей такую как штормы широковещательных пакетов)
2) Маршрутизаторы используются в качестве брандмауэров (защитных экранов) между корпоративной сетью и сетью Интернет. При этом они действуют как фильтры пакетов, просматривая адресную информацию заголовка пакета и сопоставляя её со списком управления доступом
3) Маршрутизаторы могут применятся для фильтрации трафика по каналам глобальной сети, передавая только избранный трафик, что может снизить плату за использование этих каналов.
Коммутаторы всё чаще оснащаются функциями маршрутизаторов.
Технология ATM – WAN с коммутацией ячеек (CellSwitching)
Технология ATM (AsynchronousTransferMode — режим асинхронной передачи) является одной из самых перспективных технологий построения высокоскоростных сетей.
Она обеспечивает максимально эффективное использование полосы пропускания каналов связи при передаче различного рода информации: голоса, видеоинформации, данных от самых разных типов устройств — асинхронных терминалов, узлов сетей передачи данных, локальных сетей и т.д. (к таким сетям относятся практически все ведомственные сети). Технология АТМ совмещает в себе подходы двух технологий - коммутации пакетов и коммутации каналов. От первой она взяла на вооружение передачу данных в виде адресуемых пакетов, а от второй - использование пакетов небольшого фиксированного размера, в результате чего задержки в сети становятся более предсказуемыми.
Технология АТМ с самого начала разрабатывалась как технология, способная обслуживать все виды трафика в соответствии с их требованиями.
ATM — это асинхронная технология, так как пакеты небольшого размера, называемые ячейками (cells), передаются по сети, не занимая конкретных временных интервалов, как это происходит при коммутации каналов.
Технология ATM ориентирована на предварительное (перед передачей информации) установление соединения между двумя взаимодействующими пунктами (виртуальные каналы).
Соединения могут быть постоянными (устанавливаются и разрываются администратором сети) и динамическими (устанавливаются и ликвидируются автоматически для каждого нового сеанса связи). Другими словами, используются как постоянные (PVC), так и коммутируемые виртуальные каналы (SVC).
В технологии ATM информация передается в ячейках (cell) фиксированного размера в 53 байта, из них 48 байт предназначены для данных, а 5 байт - для служебной информации (для заголовка ячейки ATM). Ячейки не содержат адресной информации и контрольной суммы данных, что ускоряет их обработку и коммутацию.
GFC = Generic Flow Control (4 бита) — общее управление потоком; Поле Управление потоком используется только при взаимодействии конечного узла и первого коммутатора сети. В настоящее время его точные функции не определены.
VPI = Virtual Path Identifier (8 бит UNI) или (12 бит NNI) — идентификатор виртуального пути;
VCI = Virtual channel identifier (16 бит) — идентификатор виртуального канала; Поля Идентификатор виртуального пути и Идентификатор виртуального канала занимают соответственно 1 и 2 байта. Эти поля задают номер виртуального соединения, разделенный на старшую (VPI) и младшую (VCI) части.
PT = Payload Type (3 бита) — тип данных; Поле Идентификатор типа данных (состоит из 3-х бит и задает тип данных, переносимых ячейкой, - пользовательские или управляющие (например, управляющие установлением виртуального соединения). Кроме того, один бит этого поля используется для указания перегрузки в сети - он называется Explicit Congestion Forward Identifier, EFCI - передает информацию о перегрузке по направлению потока данных.
CLP = Cell Loss Priority (1 бит) — уровень приоритета при потере пакета; указывает на то, какой приоритет имеет ячейка (cell), и будет ли она отброшена в случае перегрузки канала; Поле Приоритет потери кадра играет роль: в нем коммутаторы АТМ отмечают ячейки, которые нарушают соглашения о параметрах качества обслуживания, чтобы удалить их при перегрузках сети. Таким образом, ячейки с CLP=0 являются для сети высокоприоритетными, а ячейки с CLP=1 - низкоприоритетными.
HEC = Header Error Control (8 бит) — поле контроля ошибок. Поле Управление ошибками в заголовке содержит контрольную сумму, вычисленную для заголовка ячейки Поле НЕС обеспечивает не только обнаружение и исправление ошибок в заголовке, но и нахождение границы начала кадра в потоке байтов кадров SDH, которые являются предпочтительным физическим уровнем технологии АТМ, или же в потоке бит физического уровня, основанного на ячейках
Основная функция заголовка сводится к идентификации виртуального соединения. В процессе передачи информации ячейки пересылаются между узлами через сеть коммутаторов, соединенных между собой цифровыми линиями связи.
Сети Х.25 - WAN с коммутацией пакетов.
Сети Х.25 являются первой сетью с коммутацией пакетов и на сегодняшний день самыми распространенными сетями с коммутацией пакетов, используемыми для построения корпоративных сетей. Сети Х.25 разработаны для линий низкого качества с высоким уровнем помех (для аналоговых телефонных линий) и обеспечивают передачу данных со скоростью до 64 Кбит/с. Х.25 хорошо работает на линиях связи низкого качества благодаря применению протоколов подтверждения установления соединений и коррекции ошибок на канальном и сетевом уровнях.
Сейчас практически не существует сетей X.25, использующих скорости выше 128 Кбит/сек.
Стандарт Х.25 определяет интерфейс "пользователь - сеть" в сетях передачи данных общего пользования.
основные элементы:
DTE (data terminal equipment) – аппаратура передачи данных (кассовые аппараты, банкоматов, терминалы бронирования билетов, ПК, т.е. конечное оборудование пользователей).
DCE (data circuit-terminating equipment) – оконечное оборудование канала передачи данных (телекоммуникационное оборудование, обеспечивающее доступ к сети).
PSE (packet switching exchange) – коммутаторы пакетов.
Интерфейс Х.25 обеспечивает:
1) доступ удаленному пользователю к главному компьютеру;
2) доступ удаленному ПК к локальной сети;
3) связь удаленной сети с другой удаленной сетью.
Интерфейс Х.25 содержит три нижних уровня модели OSI: физический, канальный и сетевой. Особенностью этой сети является использование коммутируемых виртуальных каналов для осуществления передачи данных между компонентами сети.
Протокол Х.25 определяет форматы соответственно на 3 уровнях модели OSI:
- физический –- канальный -
- сетевой –
Достоинства сети Х.25:
высокая надежность, сеть с гарантированной доставкой информации;
могут быть использованы как аналоговые, так и цифровые каналы передачи данных (выделенные и коммутируемые линии связи).
Недостатки сети:
значительные задержки передачи пакетов, поэтому ее невозможно использовать для передачи голоса и видеоинформации.
Режимы X.25:
1) Режим установления соединения (Call setup mode)
2)Режим передачи данных (Data transfer mode
3) Режим ожидания (Idle mode)
4)Режим разрыва соединения (Call clearing mode
5) Режим перезапуска (Restarting mode)
Frame Relay – это протокол, который описывает интерфейс доступа к сетям быстрой коммутации пакетов. Согласно семиуровневой модели взаимодействия открытых систем OSI, Frame Relay – протокол второго уровня. Однако он не выполняет некоторые функции, обязательные для протоколов этого уровня. В то же время Frame Relay позволяет устанавливать соединение через сеть, что в соответствии с OSI относится к функции протоколов третьего уровня.
Используется статистическое мультиплексирование. Это означает, что пользователь имеет возможность использовать всю незанятую полосу для передачи, что позволяет на некоторый промежуток времени передавать данные со скоростью больше гарантируемой.
Главное отличие FR заключается в том, что передаваемые пакеты данных, называемые кадрами, содержат минимальный объем служебной информации, а функции коррекции ошибок возлагаются на оконечное пользовательское оборудование (обычно маршрутизатор).
Это отличие позволяет:
существенно уменьшить задержки передачи пакетов,
увеличить производительность сети,
повысить гарантии качества предоставляемых сетевых услуг.
Физически подключение к сети Frame Relay осуществляется через синхронный порт от 64 Кбит/с до 45 Мбит/с. Логически пользователь подключается по одному или нескольким PVC (постоянное соединение, которое нельзя разорвать произвольно).
Малый размер ячеек обеспечивает передачу трафика, чувствительного к задержкам. Фиксированный формат ячейки упрощает ее обработку коммуникационным оборудованием, которое аппаратно реализует функции коммутации ячеек.
Именно, сочетание фиксированного размера ячеек для передачи данных и реализация протоколов ATM в аппаратном обеспечении дает этой технологии возможность передавать все типы трафика по одним и темже системам и линиям связи.